一种可自动调节长度的曲柄连杆机构的制作方法

本发明涉及传动设备，具体地说涉及一种可自动调节长度的曲柄连杆机构。

背景技术：

目前，机器人制造已经成为了一个研究热点，并且研发的机器人中，大部分都需要使用曲柄连杆机构来传动。但是传统曲柄连杆机构中曲柄杆的长度无法调节，或者只能手动进行调节，这不仅大大影响了机构的传动要求，使机构无法获得精确的输出轨迹，手动进行长度调节也增加了工作人员的工作量，降低了工作效率。

因此，开发出一种可自动调节长度的曲柄连杆机构尤为重要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可自动调节长度的曲柄连杆机构。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种可自动调节长度的曲柄连杆机构，包括曲柄杆结构和连杆组件；

所述曲柄杆结构包括支撑单元以及设置在所述支撑单元上的运动单元，所述运动单元包括转动安装在所述支撑单元上的具有内齿的环形齿轮、转动安装在所述支撑单元上的行星架以及转动安装在所述行星架上的具有外齿的行星齿轮，且所述环形齿轮的转动轴和所述行星架的转动轴共线，所述行星齿轮与所述环形齿轮的内齿相互啮合。

进一步地，还包括转动安装在所述支撑单元上的具有外齿的太阳齿轮，所述太阳齿轮的转动轴和所述环形齿轮的转动轴共线，所述行星齿轮与所述太阳齿轮相互啮合。

进一步地，所述支撑单元包括支撑架，所述支撑架上转动安装有第一安装轴，所述太阳齿轮转动安装在所述第一安装轴上，所述行星架固定安装在所述第一安装轴上，或者所述太阳齿轮固定安装在所述第一安装轴上，所述行星架转动安装在所述第一安装轴上。

进一步地，所述支撑架包括两块相互间隔布置的支撑板，所述支撑板的顶部固定安装有第一轴承座，所述第一安装轴通过轴承转动安装在所述第一轴承座内。

进一步地，所述第一安装轴上固定安装有带轮或者链轮或者齿轮以间接对所述第一安装轴进行驱动，或者通过含减速装置的电机直接进行驱动所述第一安装轴。

进一步地，所述环形齿轮通过以下结构转动安装在所述支撑单元上：所述环形齿轮的一侧面设有与其共轴线的环形导轨，所述支撑单元上固定有支撑块，所述支撑块上开有与所述环形导轨相配合的导槽，所述环形导轨卡入所述导槽内。

进一步地，还包括蜗杆，所述环形齿轮还具有外齿，所述蜗杆与所述环形齿轮的外齿相互啮合。

进一步地，所述行星架上转动安装有第二安装轴，所述行星齿轮固定安装在所述第二安装轴上，以此实现所述行星齿轮转动安装在所述行星架上。

进一步地，还包括运动输出单元，所述运动输出单元包括曲柄、输出轴和第二轴承座，所述曲柄的一端固定安装在所述第二安装轴上，所述输出轴固定安装在所述曲柄的另一端，所述第二轴承座通过轴承转动安装在所述输出轴上，所述连杆组件的一端固定连接在所述第二轴承座上。

进一步地，所述输出轴通过以下结构固定安装在所述曲柄的另一端：所述曲柄的另一端开有带缺口的圆形安装孔，且所述曲柄的另一端位于所述圆形安装孔的缺口的两侧分别向外伸出有夹板，一与所述圆形安装孔相吻合的圆盘置于所述圆形安装孔内，两侧的所述夹板通过夹紧螺栓夹紧，以此将所述圆盘箍紧在所述圆形安装孔内，所述输出轴偏心固定在所述圆盘上。

本发明的有益效果体现在：

本发明能够自动调节曲柄连杆机构中曲柄杆结构的长度，从而达到使曲柄连杆机构能够输出更精确轨迹的目的。

本发明结构简单，容易制作，经济实用，而且操作容易，功能良好，实用性很高，适合用于下肢康复机器人等的连杆机构中，输出更精确的轨迹，模拟人的精确步态，帮助使用者恢复健康。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明一实施例中支撑单元及行星架的结构示意图。

图4和图5分别是本发明一实施例中运动输出单元从不同视角的结构示意图。

图6是本发明一实施例中第一安装轴的结构示意图。

图7是本发明一实施例中第二安装轴的结构示意图。

图8是本发明一实施例的工作原理图。

图9是本发明无太阳轮的一实施例的一实施例的结构示意图。

图10是本发明无太阳轮的一实施例的工作原理图。

附图中各部件的标记为：100曲柄杆结构、200连杆组件、11支撑板、12第一轴承座、13第一安装轴、14支撑块、141导槽、15第一端盖、16、17平键、21环形齿轮、211环形导轨、22太阳齿轮、23行星齿轮、24行星架、25第二安装轴、26第二端盖、31曲柄、32输出轴、33第二轴承座、34圆盘、311圆形安装孔、312夹板、313夹紧螺栓、314抵紧螺栓、315、316平键、41带轮、42蜗杆。

具体实施方式

下面将参考附图来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下参见图1至图7。

本发明可自动调节长度的曲柄连杆机构，包括曲柄杆结构100和连杆组件200；

所述曲柄杆结构100包括支撑单元以及设置在所述支撑单元上的运动单元，所述运动单元包括转动安装在所述支撑单元上的具有内齿的环形齿轮21、转动安装在所述支撑单元上的行星架24以及转动安装在所述行星架24上的具有外齿的行星齿轮23，且所述环形齿轮21的转动轴和所述行星架24的转动轴共线，所述行星齿轮23与所述环形齿轮21的内齿相互啮合。

在一实施例中，还包括转动安装在所述支撑单元上的具有外齿的太阳齿轮22，所述太阳齿轮的转动轴和所述环形齿轮21的转动轴共线，所述行星齿轮23也与所述太阳齿轮22相互啮合。设置的太阳齿轮可以使各部件更好地受力，整体结构更加合理、稳固，保证了机构的稳定性。

如图8所示，其中太阳齿轮为圆ⅰ，行星齿轮为圆ⅱ，环形齿轮为圆ⅲ，第一安装轴的中心为o点，第二安装轴的中心为a点，bc为连杆组件，使用时，驱动行星架转动，由于行星齿轮与环形齿轮和太阳齿轮相互啮合，因此行星齿轮即可围绕行星架的转动轴o在环形齿轮和太阳齿轮之间做圆周运动，又可绕自身转动轴a旋转，再同时驱动环形齿轮转动，则机构产生了两个自由度，因在一个平面内，两个自由度可以到达任意一位置，所以通过不同的偏心位置b，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，即可在运动平面内输出任意轨迹，而连杆组件铰接在位置b，调整曲柄杆结构使得曲柄杆结构的输出轨迹与曲柄连杆机构中所需曲柄杆长度变化轨迹相同，就相当于使曲柄杆能够自动调节长度，从而使曲柄连杆机构获得更精确的输出轨迹。

在一实施例中，所述支撑单元包括支撑架，所述支撑架上转动安装有第一安装轴13，所述太阳齿轮22转动安装在所述第一安装轴13上，所述行星架24固定安装在所述第一安装轴13上，或者所述太阳齿轮22固定安装在所述第一安装轴13上，所述行星架24转动安装在所述第一安装轴13上。这样设计，结构合理，可靠稳定，使用时，通过电机带动第一安装轴转动，第一安装轴将转速传递给行星架，行星架带动行星齿轮公转，或者第一安装轴将转速传递给太阳齿轮，太阳齿轮带动行星齿轮公转。

当然，存在无太阳轮的情况，这种情况下，对于上述的支撑架，所述行星架24固定安装在第一安装轴13上。

优选地，为了便于传递驱动，所述第一安装轴13上固定安装有带轮41或者链轮或者齿轮。带轮或者链轮或者齿轮可作为机构的动力输入机构，以间接对所述第一安装轴进行驱动，使用时，通过电机给带轮提供一个转速，即可带动第一安装轴转动，转速越高，机构的运行速度越快；或者通过含减速装置的电机直接进行驱动第一安装轴13。

更优选地，所述带轮14设置在下述的两块支撑板11之间，作用力更加合理。

在一实施例中，所述环形齿轮21通过以下结构转动安装在所述支撑单元上：所述环形齿轮21的一侧面设有与其共轴线的环形导轨211，所述支撑单元上固定有支撑块14，所述支撑块14上开有与所述环形导轨211相配合的导槽141，所述环形导轨211卡入所述导槽141内。这种实现方式，结构简单，容易制作安装，不会对行星轮的运动造成任何干扰，具有非常好的实用性。

在一实施例中，还包括蜗杆42，所述环形齿轮21还具有外齿，所述蜗杆42与所述环形齿轮21的外齿相互啮合。蜗杆也作为机构的动力输入机构，蜗杆与环形齿轮构成涡轮蜗杆机构，使用时，通过电机给蜗杆提供一个转速，即可带动环形齿轮转动，而且在停止使用机构时，机构能发生自锁，从而避免该机构的初相位发生改变。

在一实施例中，所述支撑架包括两块相互间隔布置的支撑板11，所述支撑板11的顶部固定安装有第一轴承座12，所述第一安装轴13通过滚动轴承转动安装在所述第一轴承座12内。这样设计，结果简单合理，容易制作安装，同时又能够保证结构的稳定性，保证第一安装轴稳定、顺畅地转动。

具体实施中，所述太阳齿轮22也通过滚动轴承转动安装在所述第一安装轴13上，以保证太阳齿轮稳定、顺畅地转动；优选地，所述第一安装轴13上位于所述第一轴承座12的两侧以及所述行星架24与所述太阳齿轮22之间分别设有第一端盖15，可使机构的结构更加紧凑，端盖也可增加滚动轴承的密封性和轴承定位的准确性。

在一实施例中，所述行星架24和所述带轮14均通过平键固定安装在所述第一安装轴13上。这种固定方式，容易操作，而且安装稳定可靠。具体地，第一安装轴13上设置有相配合的键槽，通过普通平键16、17与带轮以及行星架上的键槽相连接，这样，第一安装轴、行星架、带轮三者的转速一致。

在一实施例中，所述行星架24上转动安装有第二安装轴25，所述行星齿轮23固定安装在所述第二安装轴25上，以此实现所述行星齿轮23转动安装在所述行星架24上。这样设计，结构简单，机构运行可靠稳定。

优选地，所述第二安装轴25通过滚动轴承转动安装在所述行星架24上，以保证第二安装轴稳定、顺畅地转动；更优选地，所述行星架24上的两侧分别设有第二端盖26，以增加滚动轴承的密封性和轴承定位的准确性。

在一实施例中，还包括运动输出单元，所述运动输出单元包括曲柄31、输出轴32和第二轴承座33，所述曲柄31的一端固定安装在所述第二安装轴25上，所述输出轴32固定安装在所述曲柄31的另一端，所述第二轴承座33通过轴承转动安装在所述输出轴32上，所述连杆组件200的一端固定连接在所述第二轴承座33上。这样的机构，由于曲柄是固定安装在第二安装轴上的，因此第二安装轴、行星轮、曲柄三者的转速一致，相当于是一体运动，输出轴即处于行星齿轮的某一偏心位置。

在一实施例中，所述输出轴32通过以下结构固定安装在所述曲柄31的另一端：所述曲柄31的另一端开有带缺口的圆形安装孔311，且所述曲柄31的另一端位于所述圆形安装孔311的缺口的两侧分别向外伸出有夹板312，一与所述圆形安装孔311相吻合的圆盘34置于所述圆形安装孔311内，两侧的所述夹板312通过夹紧螺栓313夹紧，以此将所述圆盘34箍紧在所述圆形安装孔311内，所述输出轴32偏心固定在所述圆盘34上。这样设计，只要松退夹紧螺栓，就可以调节圆盘的角度，也就能够调节输出轴的位置，使输出轴的位置调节范围更大，而且夹紧螺栓拧紧后，箍紧作用可靠，可以防止圆盘的位置发生变化，避免导致运动轨迹发生改变。优选地，所述圆盘34上开有螺纹孔，用于固定连接输出轴。

优选地，所述曲柄31的另一端还开有一个以上的与所述圆形安装孔311相通的螺纹通孔，所述螺纹通孔内螺纹连接有用于进一步抵紧所述圆盘的抵紧螺栓314。

在一实施例中，所述曲柄31的一端通过平键固定安装在所述第二安装轴25上。这种固定方式，容易操作，而且安装稳定可靠。具体的，所述第二安装轴25上设置有两个键槽，通过普通平键315、316使行星轮和曲柄与第二安装轴固连。

参见图8，其为有太阳齿轮机构的原理图，其中太阳齿轮为圆ⅰ，行星齿轮为圆ⅱ，环形齿轮为圆ⅲ，第一安装轴的中心为o点，第二安装轴的中心为a点，输出轴的中心为b点，bc是连杆组件，在使用机构之前，调整圆盘的位置，再通过夹紧螺栓将圆盘箍紧固定，即改变了o点到b点的距离和∠oab的大小。在不同的偏心位置b，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，使输出部件能够在运动平面内输出任意轨迹，从而达到获得模拟人体下肢正常步态的类椭圆轨迹要求。

由原理图可得，该曲柄杆有四个活动构件，四个低副，两个高副，根据自由度计算公式f＝3n-2pl-ph，可得该曲柄杆的自由度为2。

参见图10，其为无太阳轮机构的原理图，其中环形齿轮为圆ⅰ，行星齿轮为圆ⅱ，第一安装轴的中心为o点，第二安装轴的中心为a点，输出轴的中心为b点，bc是连杆组件，在使用机构之前，调整圆盘的位置，再通过夹紧螺栓将圆盘箍紧固定，即改变了o点到b点的距离和∠oab的大小。在不同的偏心位置b，再通过改变行星轮和环形齿轮的速度关系，使输出部件能够在运动平面内输出任意轨迹，从而达到获得模拟人体下肢正常步态的类椭圆轨迹要求。

由原理图可得，该机构有三个活动构件，三个低副，一个高副，根据自由度计算公式f＝3n-2pl-ph，可得该机构的自由度为2。

本发明可用于下肢康复机器人中，将下肢康复机器人中的连杆机构的曲柄杆转换成本发明所述的曲柄。在使用下肢康复机器人时，曲柄可以通过改变带轮和环形齿轮的转速比使输出部件输出任意轨迹，从而使曲柄可自动调节长度，即使连杆机构输出精确的正常人步态轨迹，更有利于使用者的下肢康复。在使用可自动调节长度曲柄的连杆机构中，还能够起到放大输出轨迹的作用。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。